应用成熟度评价大体积混凝土冬季温控措施.docx

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应用成熟度评价大体积混凝土冬季温控措施

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摘要：早期混凝土表面开裂是工程中普遍存在的问题，主要是早期混凝土抗拉强度较低，一旦遭遇低温极端天气，极易产生表面裂缝，这在严寒地区大体积混凝土工程中尤为突出。故本文结合实际工程，利用仿真分析软件对不同温控措施下温度场进行模拟，分析研究成熟度发展规律，对拆模时间和强度做出评估，评价冬季施工温控防裂措施。结果表明，通过严格的温控措施，可以提升混凝土温度，加快混凝土成熟度发展，降低开裂风险。

关键词：成熟度；大体积混凝土；仿真分析；温控措施

引言

据研究表明，目前许多混凝土工程仍存在不同程度的裂缝，约有80%混凝土裂缝发生在6~15d的龄期内[1]，早期的混凝土表面开裂在工程中很常见。主要原因是早期混凝土抗拉强度低。一旦经受低温极端天气，表面附近的温度梯度将增加，超过早期混凝土承载能力，导致表面裂缝。此类问题在严寒地区大体积混凝土工程中表现尤为突出。加上目前混凝土施工工期普遍紧张，缩短拆模时间和养护时间的情况时有发生，而严寒地区混凝土强度成长相对缓慢，如果拆模时间过早，养护时间不足，必然存在混凝土早期抗力不够的风险[2]。因此，需要运用辅助施工方法，研究确定典型冬季施工方案中的温控措施。成熟度[3]因其与时间、温度的关系，可以准确、直观地预测早期混凝土强度发展趋势，从而作为混凝土拆模时间和强度的计算依据，对确保工程质量、加快设备周转、加快进度有重大意义。

1工程概况

某碾压混凝土重力坝项目位于青藏高原，这是一个高海拔寒冷地区，受到青藏高原特殊气候影响，表现为高寒半干旱气候，气候湿润且严寒。工程区多年平均气温0.7oC，最冷月平均气温约-12.2oC，极端低温在-31.1oC左右；年降雪期在240天～270天之间，通常冰冻期为每年9月至次年5月。

由于地处严寒地区，且采用低水化热的碾压混凝土，早期温度偏低且发展缓慢，导致早期抗拉强度低，存在开裂风险。故结合当地施工经验，初步拟定混凝土从每年的11月至次年2月停工，但考虑施工进度，不排除冬季连续施工可能。因此，需要研究不同工况下的温控措施，分析其温度及成熟度发展规律，以便为冬季施工提供指导。

2仿真分析原理

在模拟温度场计算[4]中，不稳定温度场热传导方程见下：

表1材料属性表

4温控措施方案

目前我国冬季施工方法措施，根据其施工养护原理不同，主要为暖棚法、电加热法、蒸汽法、负温养护法、蓄热法[5]。结合规范[6]，拟定该工程冬季施工采用蓄热法及暖棚法，以2800oC·h为拆模临界成熟度，具体工况如下：

工况1～4为冬季间歇施工，浇筑温度分别为8oC、8oC、8oC和11oC，其中工况1无表面保护，工况2采用临时表面保温（2cm聚氨酯保温被，等效放热系数β取98kJ/（m2?d?oC）），工况3和4采用越冬面、侧面加强保温（8cm厚的XPS板，β取98kJ/（m2?d?oC））；工况5为冬季连续施工，浇筑温度取8oC，并采用8oC的暖棚保温和加强保温。

5计算结果分析

5.1冬季间歇施工下温控措施研究

5.1.1不同工况下的温度场分析

通过仿真分析得到工况1～5的温度场，结果显示，工况1在无表面保护措施下，中心最高温度可达17oC，但此时表面温度最高仅为8oC，最大温差在10oC以上，混凝土内外温差偏大；工况2在进行表面临时保护后，表面温度明显提升，可以达到14oC，内外温差在5oC范围内，明显减小；工况3在加强表面保护后，表面温度进一步提升；工况4由于提高了混凝土浇筑温度，整体温度有所提升，更利于强度发展。

可见，提高浇筑温度，加强表面保温措施，可以明显提升混凝土温度，同时减小温度梯度及内外温差，使开裂风险降低。

5.1.2不同工况下的成熟度和拆模时间分析

利用温度场数据，提取中心点O处截面各点的温度历程曲线，计算得到不同工况下的混凝土成熟度与距表面点距离及时间的关系图，如图1～4所示。

从图中可以看出，工况1由于冬季施工中未进行表面保护，成熟度增长缓慢，无法在早期达到临界成熟度的要求，容易在早期产生裂缝；而工况2进行临时保温后，由于产生了蓄热温升，混凝土成熟度随着龄期的增加呈增长趋势，且增长迅速，在10d左右超过临界成熟度，满足拆模后的抗裂要求；工况3进行加强保温后，表面成熟度较工况2进一步提高，在8d的时候达到临界成熟度，拆模时间加快，强度增长更快；工况4在工况3基础上提升浇筑温度后，导致混凝土养护温度整体提升，表面成熟度增长也相应加快，基本在7d左右就可以满足拆模条件，达到强度要求。

图1工况1条件下成熟度发展规律图2工况2条件下成熟度发展规律

图3工况3条件下成熟度发展规律图4工况4条件下成熟度发展规律

5.2冬季连续施工下温控措施研究

为了加快施工进度，考虑冬季连续施工。由于冬季最冷月月平均温度低于-10oC，建